P2-04 · libmtcp-v3 设计：RFC、模块图、内存模型

对应路线图：Phase 2 (Day 50-91) ｜ DPDK 24.11.6 LTS ｜ 内核对照 v6.6
代码出处：code/libmtcp-v3/（当前为骨架，本文如实标注"计划中"的部分），对照 source/mtcp/
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一句话定位

libmtcp-v3 的目标：把 mTCP 的精华（每核私有、批量 I/O、批量事件）用 DPDK 24.11.6 的现代接口重写一遍，代码量控制在 mTCP 的十分之一——它是 uNOS 数据面 TCP 栈的预研，不是第二个 mTCP。

先说实话：这个项目现在只有两个真实文件。Makefile 和 13 行的头文件。这正是"先定接口，再填实现"的 TDD 式开局。

现状：两个真实文件的全部内容

include/libmtcp_v3.h（全文，共 13 行）：

#ifndef LIBMTCP_V3_H
#define LIBMTCP_V3_H
#include <stdint.h>

int mtcp_socket(int domain, int type, int protocol);
int mtcp_listen(int sockfd, int backlog);
int mtcp_accept(int sockfd, void *addr, void *addrlen);
int mtcp_connect(int sockfd, const void *addr, void *addrlen);
int mtcp_send(int sockfd, const void *buf, int len, int flags);
int mtcp_recv(int sockfd, void *buf, int len, int flags);
int mtcp_close(int sockfd);

#endif

Makefile 声明了实现文件的清单（SRCS-y，第 6 行）：

RTE_SDK ?= $(HOME)/myshare/dpdk-roadmap-v3/source/dpdk-stable-24.11.6
include $(RTE_SDK)/mk/rte.vars.mk

APP = libmtcp_v3
SRCS-y = src/mtcp_socket.c src/mtcp_rx.c src/mtcp_tx.c src/mtcp_fsm.c src/mtcp_conn.c

CFLAGS += -O2 -Wall -Wextra -std=c11
CFLAGS += -I$(PWD)/include

API 与 mTCP 的差异是刻意的：mTCP 每个函数都要传 mctx_t（mtcp_api.h:91 mtcp_socket(mctx_t, ...)）因为它支持多核多上下文；libmtcp-v3 定位单线程单上下文（uNOS 的一个 RSS worker），所以 API 就是裸 POSIX 风格——少一个参数，应用代码移植成本更低。

模块设计

内存模型（与 mTCP 同哲学，用 DPDK 原生设施落地）：

1. conn 池：rte_mempool_create("conn_pool", max_concurrency, sizeof(struct conn), ...) ——对照 mTCP 的 MPCreate("flow_pool_%d", sizeof(tcp_stream), ...)（core.c:947）。每核一个池，运行时零分配。
2. 4-tuple 连接表：rte_hash_create，key = 12 字节（saddr/sport/daddr/dport，字段序对齐 mTCP EqualFlow 的 tcp_stream.c:104-107），value = conn 池索引。用 rte_hash 而不是 mTCP 的拉链表——见 P2-05。
3. 接收缓冲：定长 ring（每 conn 一个 rte_ring 太重，计划用固定 8KB 环形数组，对照 mTCP rcvbuf = 8192，sample_mtcp.conf:57）。
4. 事件队列：rte_ring 存待通知的 socket id（mTCP 用 TAILQ + 锁，我们用免锁 ring，P1-03 学的正好派上用场）。

要实现的 RFC（按优先级裁剪）

只列设计目标，编号是公开知识：RFC 793（状态机主体）→ RFC 1122（实现建议：延迟 ACK、Nagle 可关）→ RFC 2018（SACK 解析，先只解析不主动用）→ RFC 6298（RTO 计算，取 mTCP 简化版）→ RFC 5681（慢启动/拥塞避免/快重传，对照 mTCP tcp_in.c:447-451）。第一版明确不做：窗口缩放可配、TCP 选项里只认 MSS 和时间戳、不实现 cookie/半连接队列（理由见 P2-03）。

🐧 内核对照

内核那一栏的作用不是"抄"，而是"不抄"：每个决策点先问"内核为什么这样"（P2-03 已答过半），再问"单核单租户下能否简化"。

面试 3 问

1. libmtcp-v3 的 API 为什么不带 mctx 参数？ → mTCP 支持多核多上下文才需要 mctx 定位每核状态（mtcp_api.h:91）；v3 定位单线程（一个 RSS worker 一个实例），上下文全局唯一，省参数的同时杜绝"传错上下文"这类 bug。
2. conn 池为什么必须用 mempool 而不是 malloc？ → 热路径建连/断连频繁，mempool 预分配 + 每核 cache（P1-02 的机制），malloc 有锁且碎片化；mTCP 同款理由（core.c:947）。
3. Makefile 里 SRCS-y 为什么在 .c 还不存在时就写好？ → 接口先行：先定 7 个 API 和 5 个模块边界，编译失败本身驱动实现顺序（先 socket.c 让链接过，再 conn.c……）。

🔧 动手实验

make -C code/libmtcp-v3 一次，把报错记录下来（预期：No rule to make target 'src/mtcp_socket.c'）。然后按依赖序实现：mtcp_socket.c（只用 mempool 分配 id）→ 编译过 → mtcp_conn.c（rte_hash 建表）→ 编译过……每一步都保持可构建。里程碑与报错日志落点 perf-data/P2/04-design-notes.md。

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